1. Isparavanje i kondenzacija

Proces prijelaza tvari iz tekućeg u plinovito stanje naziva se vaporizacija, a obrnuti proces transformacije tvari iz plinovitog u tekuće stanje naziva se kondenzacija. Postoje dvije vrste isparavanja - isparavanje i ključanje. Razmotrimo prvo isparavanje tečnosti. Isparavanje je proces isparavanja koji se javlja s otvorene površine tekućine na bilo kojoj temperaturi. Sa stanovišta molekularne kinetičke teorije, ovi procesi se objašnjavaju na sljedeći način. Molekuli tečnosti, učestvujući u toplotnom kretanju, neprekidno se sudaraju jedni s drugima. To dovodi do činjenice da neki od njih stječu kinetičku energiju dovoljnu da prevladaju molekularnu privlačnost. Takvi molekuli, koji se nalaze na površini tečnosti, izlete iz nje, formirajući paru (gas) iznad tečnosti. Molekuli pare, krećući se haotično, udaraju o površinu tečnosti. U tom slučaju, neki od njih se mogu pretvoriti u tekućinu. Ova dva procesa odlaska molekula tečnosti i njihovog vraćanja u tečnost odvijaju se istovremeno. Ako je broj molekula koji izlaze veći od broja molekula koji se vraćaju, tada se masa tekućine smanjuje, tj. tečnost isparava; ako je naprotiv, količina tečnosti se povećava, tj. uočava se kondenzacija pare. Moguć je slučaj kada se mase tečnosti i pare koje se nalaze iznad njega ne menjaju. Ovo je moguće kada je broj molekula koji izlaze iz tečnosti jednak broju molekula koji se vraćaju u nju. Ovo stanje se naziva dinamička ravnoteža

A pare

Biti u dinamičkoj ravnoteži sa svojim fluidom, zove se zasićeno

. Ako ne postoji dinamička ravnoteža između pare i tekućine, onda se naziva nezasićenim. Očigledno je da zasićena para na datoj temperaturi ima određenu gustinu, nazvanu ravnoteža.

Time se osigurava da ravnotežna gustina, a samim tim i pritisak zasićene pare u odnosu na njen volumen, ostane konstantan na konstantnoj temperaturi, jer smanjenje ili povećanje volumena ove pare dovodi do kondenzacije pare ili isparavanja tečnosti, respektivno. Izoterma zasićene pare na određenoj temperaturi u koordinatnoj ravni P, V je prava paralelna osi V. Sa povećanjem temperature termodinamičkog sistema tečnost - zasićena para, broj molekula koji napuštaju tečnost tokom nekog vremena prelazi broj molekula koji se vraćaju iz pare u tečnost. To se nastavlja sve dok povećanje gustine pare ne dovede do uspostavljanja dinamičke ravnoteže na višoj temperaturi. Istovremeno se povećava i pritisak zasićene pare. Dakle, pritisak zasićene pare zavisi samo od temperature. Ovako brzo povećanje tlaka zasićene pare posljedica je činjenice da s povećanjem temperature dolazi do povećanja ne samo kinetičke energije translacijskog kretanja molekula, već i njihove koncentracije, tj. broj molekula po jedinici zapremine

Tokom isparavanja, tečnost napušta najbrže molekule, usled čega se prosečna kinetička energija translacionog kretanja preostalih molekula smanjuje, a samim tim i temperatura tečnosti opada (videti §24). Stoga, da bi temperatura tekućine koja isparava ostala konstantna, mora joj se kontinuirano dovoditi određena količina topline.

Količina topline koja se mora prenijeti jedinici mase tekućine da bi se pretvorila u paru na konstantnoj temperaturi naziva se specifična toplina isparavanja.

Specifična toplota isparavanja zavisi od temperature tečnosti i opada kako raste. Prilikom kondenzacije oslobađa se količina topline koja se troši na isparavanje tekućine. Kondenzacija je proces prelaska iz gasovitog u tečno stanje.

2. Vlažnost vazduha.

Atmosfera uvijek sadrži određenu količinu vodene pare. Stepen vlažnosti je jedna od bitnih karakteristika vremena i klime i u mnogim slučajevima je od praktične važnosti. Dakle, skladištenje raznih materijala (uključujući cement, gips i druge građevinske materijale), sirovina, proizvoda, opreme itd. mora se odvijati pri određenoj vlažnosti. U zavisnosti od svoje namjene, prostorije također podliježu odgovarajućim zahtjevima za vlažnost.

Za karakterizaciju vlažnosti koriste se brojne količine. Apsolutna vlažnost p je masa vodene pare sadržana u jedinici zapremine vazduha. Obično se mjeri u gramima po kubnom metru (g/m3). Apsolutna vlažnost je povezana sa parcijalnim pritiskom P vodene pare Mendeljejev-Klipejronovom jednadžbom, gde je V zapremina koju zauzima para, m, T i m su masa, apsolutna temperatura i molarna masa vodene pare, R je univerzalna plinska konstanta (vidi (25.5)) . Parcijalni pritisak je pritisak koji vrši vodena para bez uzimanja u obzir djelovanja drugih vrsta molekula zraka. Dakle, pošto je p = m/V gustina vodene pare.

Tečnost se isparavanjem i ključanjem pretvara u paru (gas). Ovi procesi su objedinjeni pod istim nazivom „vaporizacija“, ali postoji razlika između ovih procesa.

Isparavanje se događa sa slobodne površine bilo koje tekućine stalno. Fizička priroda isparavanja je odlazak s površine molekula velikom brzinom i kinetičkom energijom toplinskog kretanja. Tečnost se hladi. U industriji se ovaj efekat koristi u rashladnim tornjevima za hlađenje vode.

Vrenje (poput isparavanja) je prijelaz tvari u parno stanje, ali se događa u cijelom volumenu tekućine i samo kada se tekućini doda toplina. Daljnjim zagrevanjem temperatura tečnosti ostaje konstantna i tečnost nastavlja da ključa.

Tačka ključanja zavisi od pritiska pare iznad tečnosti; sa smanjenjem pritiska, tačka ključanja se smanjuje i obrnuto. Smanjenjem pritiska pare iznad tečnosti možete sniziti tačku ključanja tečnosti na tačku smrzavanja, a odabirom supstanci sa željenim svojstvima možete dobiti skoro svaku nisku temperaturu.

Količina topline potrebna da se 1 kg tekućine pretvori u stanje pare naziva se specifična toplina isparavanja r, kJ/kg.

Temperatura na kojoj dolazi do isparavanja naziva se temperatura zasićenja. Para može biti mokra ili suha (bez kapljica tečnosti). Para može biti pregrijana i imati temperaturu pregrijavanja iznad svoje temperature zasićenja.

Ovi procesi se koriste u rashladnim mašinama sa kompresijom pare. Tečnost koja ključa je rashladno sredstvo, a aparat u kojem ključa, uzimajući toplotu od supstance koja se hladi, je isparivač. Količina topline koja se dovodi u kipuću tekućinu određuje se formulom:

Gdje M- masa tečnosti koja se pretvara u paru; r- toplota isparavanja.

Tačka ključanja tečnosti zavisi od pritiska. Ova zavisnost je prikazana krivom pritiska zasićenja pare.

Za najčešće rashladno sredstvo u industriji hlađenja, amonijak, takva kriva je prikazana na Sl. 3, iz koje se vidi da pri pritisku jednakom atmosferskom (0,1 MPa) tačka ključanja amonijaka odgovara -30°C, a na 1,2 MPa - +30°C.

Transformacija zasićene pare u tečnost naziva se kondenzacija, koja se dešava na temperaturi kondenzacije, koja takođe zavisi od pritiska. Temperature kondenzacije i ključanja pri određenom pritisku homogene supstance su iste. Ovaj efekat se koristi u evaporativnim kondenzatorima za prenošenje toplote kondenzacije u vazduh.

Sublimacija

Supstanca može iz čvrstog stanja direktno preći u paru. Ovaj proces se naziva sublimacija. Toplota apsorbirana iz okolnog zraka troši se na savladavanje kohezionih sila molekula i utjecaja vanjskog pritiska koji ometa ovaj proces.

U normalnim uvjetima ne sublimira se mnogo tvari - čvrsti ugljični dioksid (suhi led), jod, kamfor itd.

Za hlađenje i postizanje niskih temperatura koristi se suvi led koji obezbeđuje temperaturu od -78,3°C na atmosferskom pritisku, a snižavanjem pritiska moguće je dostići -100°C.

Nastaje sa slobodne površine tečnosti.

Sublimacija, ili sublimacija, tj. Prijelaz tvari iz čvrstog u plinovito stanje naziva se i isparavanjem.

Iz svakodnevnih zapažanja poznato je da se količina bilo koje tekućine (benzin, eter, voda) koja se nalazi u otvorenoj posudi postepeno smanjuje. Tečnost ne nestaje bez traga - pretvara se u paru. Isparavanje je jedna od vrsta isparavanje. Druga vrsta je ključanje.

Mehanizam isparavanja.

Kako dolazi do isparavanja? Molekuli bilo koje tečnosti su u neprekidnom i nasumičnom kretanju, a što je temperatura tečnosti viša, veća je kinetička energija molekula. Prosječna vrijednost kinetičke energije ima određenu vrijednost. Ali za svaki molekul kinetička energija može biti ili veća ili manja od prosjeka. Ako se blizu površine nalazi molekul s kinetičkom energijom dovoljnom da savlada sile međumolekularne privlačnosti, on će izletjeti iz tekućine. Ista stvar će se ponoviti sa drugim brzim molekulom, sa drugim, trećim itd. Izleteći, ovi molekuli formiraju paru iznad tečnosti. Formiranje ove pare je isparavanje.

Apsorpcija energije tokom isparavanja.

Pošto brži molekuli izlete iz tečnosti tokom isparavanja, prosečna kinetička energija preostalih molekula u tečnosti postaje sve manja. To znači da se unutrašnja energija tekućine koja isparava smanjuje. Dakle, ako nema priliva energije u tečnost izvana, temperatura tečnosti koja isparava opada, tečnost se hladi (zbog toga je, posebno, osoba u mokroj odeći hladnija nego u suvoj, posebno u vetar).

Međutim, kada voda ulivena u čašu ispari, ne primjećujemo smanjenje njene temperature. Kako to možemo objasniti? Činjenica je da se isparavanje u ovom slučaju odvija sporo, a temperatura vode se održava konstantnom zbog razmjene topline s okolnim zrakom, iz kojeg potrebna količina topline ulazi u tekućinu. To znači da kako bi se došlo do isparavanja tečnosti bez promjene njene temperature, tekućini se mora prenijeti energija.

Količina toplote koja se mora preneti tečnosti da bi se formirala jedinična masa pare pri konstantnoj temperaturi naziva se toplota isparavanja.

Brzina isparavanja tečnosti.

Za razliku od ključanje, isparavanje se događa na bilo kojoj temperaturi, međutim, kako se temperatura tekućine povećava, brzina isparavanja se povećava. Što je temperatura tečnosti viša, molekuli koji se brzo kreću imaju dovoljno kinetičke energije da savladaju privlačne sile susednih čestica i izlete iz tečnosti, a dolazi do bržeg isparavanja.

Brzina isparavanja zavisi od vrste tečnosti. Isparljive tekućine čije su međumolekularne interakcije male (na primjer, etar, alkohol, benzin) brzo isparavaju. Ako takvu tečnost ispustite na ruku, osetićete hladnoću. Isparavajući s površine ruke, takva tekućina će se ohladiti i oduzeti joj malo topline.

Brzina isparavanja tečnosti zavisi od njene slobodne površine. To se objašnjava činjenicom da tekućina isparava s površine, a što je veća slobodna površina tekućine, veći je broj molekula koji istovremeno lete u zrak.

U otvorenoj posudi masa tečnosti se postepeno smanjuje zbog isparavanja. To je zbog činjenice da se većina molekula pare raspršuje u zrak bez povratka u tekućinu (za razliku od onoga što se događa u zatvorenoj posudi). Ali mali dio njih se vraća u tekućinu, usporavajući tako isparavanje. Stoga, uz vjetar, koji odnosi molekule pare, isparavanje tekućine se događa brže.

Primena isparavanja u tehnologiji.

Isparavanje igra važnu ulogu u procesima energije, hlađenja, sušenja i hlađenja isparavanjem. Na primjer, u svemirskoj tehnologiji, vozila za spuštanje su obložena tvarima koje brzo isparavaju. Prilikom prolaska kroz atmosferu planete, tijelo uređaja se zagrijava kao rezultat trenja, a tvar koja ga pokriva počinje isparavati. Isparavajući, hladi letjelicu i na taj način je spašava od pregrijavanja.

Kondenzacija.

Kondenzacija(od lat. condensatio- zbijanje, kondenzacija) - prijelaz tvari iz plinovitog stanja (pare) u tekuće ili čvrsto stanje.

Poznato je da u prisustvu vjetra tečnost brže isparava. Zašto? Činjenica je da istovremeno s isparavanjem s površine tekućine dolazi do kondenzacije. Do kondenzacije dolazi zbog činjenice da se neki od molekula pare, koji se nasumično kreću preko tečnosti, ponovo vraćaju u nju. Vjetar odnosi molekule koji lete iz tečnosti i ne dozvoljava im da se vrate.

Do kondenzacije može doći i kada para nije u kontaktu sa tečnošću. Kondenzacija je ta koja objašnjava, na primjer, nastanak oblaka: molekuli vodene pare koji se uzdižu iznad tla, u hladnijim slojevima atmosfere, grupišu se u sitne kapljice vode, čije su nakupine oblaci. Kondenzacija vodene pare u atmosferi takođe dovodi do kiše i rose.

Tokom isparavanja, tečnost se hladi i, postajući hladnija od okoline, počinje da apsorbuje njenu energiju. Prilikom kondenzacije, naprotiv, određena količina toplote se oslobađa u okolinu, a njena temperatura lagano raste. Količina topline koja se oslobađa prilikom kondenzacije jedinice mase jednaka je toplini isparavanja.

Vaporizacija- proces prelaska supstance iz tečnog u gasovito stanje.

• Isparavanje se može dogoditi direktno iz čvrstog stanja - to se zove sublimacija(ili sublimacija).

Zbirka molekula oslobođenih iz tvari naziva se trajekt ove supstance.

Tokom isparavanja, prosječne udaljenosti između molekula se povećavaju. Kao rezultat toga, potencijalna energija interakcije čestica raste (njena brojčana vrijednost se smanjuje, ali je negativna). Dakle, proces isparavanja povezan je s povećanjem unutrašnje energije tvari.

Prijelaz iz tekućeg u plinovito stanje moguć je kroz dva različita procesa: isparavanje i ključanje.

Isparavanje- ovo je isparavanje koje se javlja sa slobodne površine tekućine na bilo kojoj temperaturi.

Svojstva isparavanja

Eksperimentalno su utvrđena sljedeća svojstva isparavanja:

1. Pod istim uslovima, različite supstance isparavaju različitom brzinom (brzina isparavanja je određena brojem molekula koji prelaze u paru sa površine supstance za 1 s).
2. Brzina isparavanja je veća:
   1. što je veća slobodna površina tečnosti;
   2. što je manja gustina pare iznad površine tečnosti. Brzina se povećava sa kretanjem okolnog zraka (vjetar);
   3. što je temperatura tečnosti viša.
3. Kada dođe do isparavanja, tjelesna temperatura se smanjuje.

Mehanizam isparavanja može se objasniti sa stanovišta MKT: molekule smještene na površini drže privlačne sile drugih molekula tvari. Molekul može izletjeti iz tekućine samo kada njegova kinetička energija premašuje rad koji se mora obaviti da bi se savladale sile molekularne privlačnosti ( radna funkcija). Stoga samo brzi molekuli mogu napustiti supstancu. Kao rezultat, prosječna kinetička energija preostalih molekula opada, a temperatura tekućine opada. Da bi se temperatura tekućine koja isparava održala nepromijenjena, mora joj se dostaviti određena količina topline.

Molekuli pare se kreću haotično. Zbog toga se neki od njih mogu ponovo vratiti u tečnost. Proces prelaska supstance iz gasovitog u tečno stanje naziva se kondenzacije.

Što je veća koncentracija molekula pare, a samim tim i veći pritisak pare iznad tečnosti, veći je broj molekula koji se vraćaju u tečnost tokom određenog vremenskog perioda. Kondenzacija pare je praćena zagrijavanjem tečnosti. Kondenzacija oslobađa istu količinu toplote koja je utrošena tokom isparavanja.

Vrenje tečnosti

Kipuće- ovo je isparavanje koje se dešava istovremeno i sa površine i kroz čitavu zapreminu tečnosti. Sastoji se od toga da brojni mjehurići isplivaju i pucaju, uzrokujući karakteristično kiptanje.

Kao što iskustvo pokazuje, ključanje tečnosti pri datom spoljašnjem pritisku počinje na dobro definisanoj temperaturi koja se ne menja tokom procesa ključanja i može se desiti samo kada se energija dovodi spolja kao rezultat razmene toplote (slika 3. ):

\(~Q = L \cdot m,\)

Gdje L- specifična toplota isparavanja na tački ključanja.

Mehanizam ključanja: tečnost uvijek sadrži otopljeni plin, čiji se stepen rastvaranja smanjuje s povećanjem temperature. Osim toga, na zidovima posude postoji adsorbirani plin. Kada se tečnost zagreje odozdo (slika 4), gas počinje da se oslobađa u obliku mehurića na zidovima posude. Tečnost isparava u ove mehuriće. Stoga, osim zraka, sadrže i zasićenu paru, čiji pritisak brzo raste s povećanjem temperature, a mjehurići rastu u volumenu, a posljedično se povećavaju i Arhimedove sile koje djeluju na njih. Kada sila uzgona postane veća od gravitacije mehurića, on počinje da pluta. Ali sve dok se tečnost ne zagreje ravnomerno, kako se uzdiže, zapremina mjehurića se smanjuje (pritisak zasićene pare opada sa smanjenjem temperature) i, prije nego što dođu do slobodne površine, mjehurići nestaju (kolapsiraju) (slika 4, a), što zato čujemo karakterističnu buku prije ključanja. Kada se temperatura tečnosti izjednači, zapremina mjehurića će se povećavati kako se diže, jer se pritisak zasićene pare ne mijenja, a vanjski pritisak na mjehur, koji je zbir hidrostatskog pritiska tečnosti iznad mjehurića a atmosferski pritisak se smanjuje. Mjehur dospijeva na slobodnu površinu tečnosti, puca i izlazi zasićena para (slika 4, b) - tečnost ključa. Pritisak zasićene pare u mjehurićima je skoro jednak vanjskom pritisku.

Temperatura pri kojoj je pritisak zasićene pare tečnosti jednak spoljašnjem pritisku na njenoj slobodnoj površini naziva se tačka ključanja tečnosti.

Pošto pritisak zasićene pare raste sa povećanjem temperature, a tokom ključanja mora biti jednak spoljašnjem pritisku, onda se sa povećanjem spoljašnjeg pritiska povećava tačka ključanja.

Tačka ključanja također ovisi o prisutnosti nečistoća, koja se obično povećava sa povećanjem koncentracije nečistoća.

Ako prvo oslobodite tekućinu od plina otopljenog u njoj, onda se može pregrijati, tj. toplote iznad tačke ključanja. Ovo je nestabilno stanje tečnosti. Dovoljni su mali udari i tečnost proključa, a njena temperatura odmah pada na tačku ključanja.

vidi takođe

Književnost

1. Aksenovich L. A. Fizika u srednjoj školi: teorija. Zadaci. Testovi: Udžbenik. dodatak za ustanove koje pružaju opšte obrazovanje. okoliš, obrazovanje / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - P. 197-203.
2. Zhilko V.V. Fizika: Udžbenik. dodatak za 11. razred. opšte obrazovanje škola sa ruskog jezik obuka / V.V. Zhilko, A.V. Lavrinenko, L.G. Markovich. - Mn.: Nar. Asveta, 2002. - str. 194-203.

Sve supstance imaju tri agregatna stanja - čvrsto, tečno i gasovito, koja se javljaju pod posebnim uslovima.

Definicija 1

Fazni prelaz je prijelaz tvari iz jednog stanja u drugo.

Primjeri takvog procesa su kondenzacija i isparavanje.

Ako stvorite određene uvjete, možete pretvoriti bilo koji pravi plin (na primjer, dušik, vodonik, kisik) u tekućinu. Da biste to učinili, potrebno je temperaturu spustiti ispod određenog minimuma, koji se naziva kritična temperatura. Označen je od T do r. Dakle, za azot je vrednost ovog parametra 126 K, za vodu – 647,3 K, za kiseonik – 154,3 K. Pri održavanju sobne temperature voda može da održava i gasovito i tečno stanje, dok azot i kiseonik mogu ostati samo u gasnom stanju.

Definicija 2

Isparavanje- Ovo je fazni prijelaz supstance iz tečnosti u gasovito stanje.

Teorija molekularne kinetike objašnjava ovaj proces postupnim kretanjem s površine tekućine onih molekula čija je kinetička energija veća od energije njihove veze s ostalim molekulima tekuće tvari. Uslijed isparavanja, prosječna kinetička energija preostalih molekula opada, što zauzvrat dovodi do smanjenja temperature tekućine ako joj se ne dovede dodatni izvor vanjske energije.

Definicija 3

Kondenzacija je fazni prijelaz tvari iz plinovitog u tekuće stanje (proces obrnut od isparavanja).

Tokom kondenzacije, molekuli pare se vraćaju u tečno stanje.

Slika 3. 4 . 1 . Model isparavanja i kondenzacije.

Ako je posuda u kojoj se nalazi tekućina ili plin začepljena, tada njen sadržaj može biti u dinamičkoj ravnoteži, tj. brzina procesa kondenzacije i isparavanja će biti ista (onoliko molekula će ispariti iz tečnosti koliko se vrati nazad iz pare). Ovaj sistem se naziva dvofazni.

Definicija 4

Zasićena para je para koja je u stanju dinamičke ravnoteže sa svojom tekućinom.

Postoji veza između broja molekula koji ispare sa površine tečnosti u jednoj sekundi i temperature te tečnosti. Brzina procesa kondenzacije ovisi o koncentraciji molekula pare i brzini njihovog toplinskog kretanja, što je, zauzvrat, također direktno ovisno o temperaturi. Stoga možemo zaključiti da kada su tekućina i njena para u ravnoteži, koncentracija molekula će biti određena ravnotežnom temperaturom. Kako temperatura raste, potrebna je visoka koncentracija molekula pare kako bi isparavanje i kondenzacija postale jednake brzinom.

Pošto će, kao što smo već saznali, koncentracija i temperatura određivati ​​pritisak pare (gasa), možemo formulisati sledeću tvrdnju:

Definicija 5

Pritisak zasićene pare p 0 određene supstance ne zavisi od zapremine, već direktno zavisi od temperature.

Iz tog razloga izoterme stvarnih plinova na ravni uključuju horizontalne fragmente koji odgovaraju dvofaznom sistemu.

Slika 3. 4 . 2. Izoterme realnog gasa. Region I je tečan, region I I je dvofazni sistem „tečnost + zasićena para“, region I I I je gasovita supstanca. K – kritična tačka.

Ako temperatura poraste, i pritisak zasićene pare i njegova gustoća će se povećati, ali će se gustoća tekućine, naprotiv, smanjiti zbog toplinskog širenja. Kada se dostigne kritična temperatura za datu supstancu, gustoće tečnosti i gasa se izjednačavaju; nakon prolaska ove tačke, fizičke razlike između zasićene pare i tečnosti nestaju.

Uzmimo zasićenu paru i komprimirajmo je izotermički na T< T к р. Его давление будет постепенно возрастать, пока не сравняется с давлением насыщенного пара. Постепенно на дне сосуда появится жидкость, и между ней и ее насыщенным паром возникнет динамическое равновесие. По мере уменьшения объема будет происходить конденсация все большей части пара при неизменном давлении (на изотерме это состояние соответствует горизонтальному участку). После того, как весь пар перейдет в жидкое состояние, давление начнет резко увеличиваться при дальнейшем уменьшении объема, поскольку жидкость сжимается слабо.

Nije potrebno proći kroz dvofazno područje da bi se izvršio prijelaz iz plina u tekućinu. Proces se takođe može izvesti zaobilazeći kritičnu tačku. Na slici je ova opcija prikazana isprekidanom linijom A B C.

Slika 3. 4 . 3. Izotermni model realnog gasa.

Vazduh koji udišemo uvek sadrži vodenu paru pod određenim pritiskom. Ovaj pritisak je obično manji od pritiska zasićene pare.

Definicija 6

Relativna vlažnost je omjer parcijalnog tlaka i tlaka zasićene vodene pare.

Ovo se može napisati kao formula:

φ = p p 0 · 100 % .

Za opisivanje nezasićene pare također je dopušteno koristiti jednadžbu stanja idealnog plina, uzimajući u obzir uobičajena ograničenja za stvarni plin: ne previsok tlak pare (p ≤ (10 6 - 10 7) Pa) i temperatura viša od vrijednosti određene za svaku specifičnu supstancu.

Za opisivanje zasićene pare primjenjuju se zakoni idealnog plina. Međutim, pritisak za svaku temperaturu mora se odrediti iz krivulje ravnoteže za datu supstancu.

Što je temperatura viša, to je veći pritisak zasićene pare. Ova zavisnost se ne može izvesti iz zakona idealnog gasa. Uz pretpostavku konstantne koncentracije molekula, pritisak plina će se stalno povećavati u direktnoj proporciji s temperaturom. Ako je para zasićena, tada će se s povećanjem temperature povećati ne samo koncentracija, već i prosječna kinetička energija molekula. Iz ovoga slijedi da što je temperatura viša, to brže raste pritisak zasićene pare. Ovaj proces se odvija brže od povećanja pritiska idealnog gasa, pod uslovom da koncentracija molekula u njemu ostane konstantna.

Šta je ključanje

Gore smo naveli da se isparavanje odvija uglavnom sa površine, ali se može dogoditi i iz glavne zapremine tečnosti. Svaka tečna tvar uključuje male mjehuriće plina. Ako se vanjski tlak (tj. tlak plina u njima) izjednači s tlakom zasićene pare, tada će tekućina unutar mjehurića ispariti, a oni će se početi puniti parom, širiti i isplivati ​​na površinu. Ovaj proces se zove ključanje. Dakle, tačka ključanja zavisi od spoljašnjeg pritiska.

Definicija 7

Tečnost počinje da ključa na temperaturi na kojoj su spoljašnji pritisak i pritisak njenih zasićenih para jednaki.

Ako je atmosferski pritisak normalan, tada je za ključanje vode potrebna temperatura od 100°C.Na toj temperaturi će pritisak zasićene vodene pare biti jednak 1 a t m. Ako prokuvamo vodu u planinama, onda zbog smanjenjem atmosferskog pritiska, tačka ključanja će pasti na 70°C.

Tečnost može da ključa samo u otvorenoj posudi. Ako je hermetički zatvoren, ravnoteža između tečnosti i njene zasićene pare će biti poremećena. Možete saznati tačku ključanja pri različitim pritiscima koristeći krivu ravnoteže.

Slika iznad prikazuje procese faznih prijelaza - kondenzacije i isparavanja koristeći izotermu stvarnog plina. Ovaj dijagram je nekompletan, budući da supstanca može poprimiti i čvrsto stanje. Postizanje termodinamičke ravnoteže između faza supstance na datoj temperaturi moguće je samo pri određenom pritisku u sistemu.

Definicija 8

Kriva fazne ravnoteže je odnos između ravnotežnog pritiska i temperature.

Primjer takvog odnosa mogla bi biti kriva ravnoteže između tekućine i zasićene pare. Ako konstruišemo krivulje koje prikazuju ravnotežu između faza jedne supstance na ravni, tada ćemo videti određene oblasti koje odgovaraju različitim agregatnim stanjima supstance - tečno, čvrsto, gasovito. Krive ucrtane u koordinatnom sistemu nazivaju se fazni dijagrami.

Slika 3. 4 . 4 . Tipični fazni dijagram supstance. K – kritična tačka, T – trostruka tačka. Region I je čvrsta, oblast I I je tečnost, region I I I je gasovita supstanca.

Ravnoteža između plinovite i čvrste faze tvari odražava se takozvanom krivuljom sublimacije (na slici je označena kao 0 T), između pare i tekućine - krivuljom isparavanja, koja se završava na kritičnoj tački. Kriva ravnoteže između tečnosti i čvrste supstance naziva se kriva topljenja.

Definicija 9

Triple point– ovo je tačka u kojoj konvergiraju sve krive ravnoteže, tj. Moguće su sve faze materije.

Mnoge supstance dostižu trostruku tačku pri pritisku manjim od 1 a t m ≈ 10 5 Pa. Tope se kada se zagreju na atmosferskom pritisku. Dakle, u blizini vode trostruka tačka ima koordinate T t r = 273,16 K, p t r = 6,02 10 2 P a. Na tome se zasniva Kelvinova apsolutna temperaturna skala.

Za neke supstance, trostruka tačka se postiže pri pritiscima iznad 1 a t m.

Primjer 1

Na primjer, za ugljični dioksid je potreban pritisak od 5,11 a t m i temperatura T tr = 216,5 K. Ako je pritisak jednak atmosferskom, tada je za održavanje u čvrstom stanju potrebna niska temperatura i prijelaz u tekuće stanje postaje nemoguće. Ugljični dioksid u ravnoteži sa svojom parom na atmosferskom tlaku naziva se suhi led. Ova supstanca nije sposobna da se otopi, već može samo da ispari (sublimira).

Ako primijetite grešku u tekstu, označite je i pritisnite Ctrl+Enter